超声波检测方法按原理分类，可分为脉冲反射法、穿透法、共振法和TOFD法。
1.脉冲反射法
超声波探头发射脉冲波到被检试件内，根据反射波的情况来检测试件缺陷的方法，称为脉冲反射法。脉冲反射法包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。
（1）缺陷回波法
根据仪器示波屏上显示的缺陷波形进行判断的方法，称为缺陷回波法。该方法是反射法的基本方法。
（2）底波高度法
当试件的材质和厚度不变时，底面回波高度应是基本不变的。如果试件内存在缺陷，底面回波高度会下降甚至消失，这种依据底面回波的高度变化判断试件缺陷情况的检测方法，称为底波高度法。底波高度法的特点在于同样投影大小的缺陷可以得到同样的指示，而且不出现盲区，但是要求被探试件的探测面与底面平行，耦合条件一致。由于该方法检出缺陷定位定量不便，灵敏度较低，因此，实用中很少作为一种独立的检测方法，而经常作为一种辅助手段，配合缺陷回波法发现某些倾斜的和小而密集的缺陷，锻件探伤中常用：如由缺陷引起的底波降低量。
（3）多次底波法
当透入试件的超声波能量较大，而试件厚度较小时，超声波可在探测面与底面之间往复传播多次，示波屏上出现多次底波B1、B2、B3„„。如果试件存在缺陷，则由于缺陷的反射以及散射而增加了声能的损耗，底面回波次数减少，同时也打乱了各次底面回波高度依次衰减的规律，并显示出缺陷回波。这种依据底面回波次数而判断试件有无缺陷的方法，即为多次底波法。
2.穿透法
穿透法是依据脉冲波或连续波穿透试件之后的能量变化来判断缺陷时情况的一种方法。穿透法常采用两个探头，一个作发射用，一 个作接收用，分别放置在试件的两侧进行探测。
3.共振法
若声波（频率可调的连续波）在被检工件内传播，当试件的厚度为超声波的半波长的整数倍时，将引起共振，仪器显示出共振频率，用相邻的两个共振频率之差。当试件内存在缺陷或工件厚度发生变化时，将改变试件的共振频率。依据试件的共振特性，来判断缺陷情况和工件厚度变化情况的方法称为共振法。共振法常用于试件测厚。通常常用的测厚仪为双晶直探头脉冲反射法，与A型脉冲反射式超声波探伤仪原理相同。
4.TOFD法
TOFD是Time of Flight Diffraction 的第一个英文字母的缩写，中文简称衍射时差法。是上世纪七十年代由英国哈威尔无损检测中心根据超声波衍射现象首先提出来的，检测时使用一对或多对宽声束纵波斜探头，每对探头相对焊缝对称布置（一发一收）。声束覆盖检测区域，遇到缺陷时产生反射波和衍射波。探头同时接收反射波和衍射波，通过测量衍射波传播时间，利用三角方程来确定出缺陷的尺寸和位置。